Методика гідравлічного розрахунку циркуляційної системи

Гідравлічний розрахунок циркуляційної системи проводять у такій послідовності.

1. Визначають витрату промивальної рідини з умови очищення вибою і транспортування шламу в кільцевому просторі:

(2.30)

де - питома витрата промивальної рідини,

=(0,35-0,5) м/с – при роторному способі та електробурінні;

=(0,5-0,7) м/с – при бурінні гідравлічними вибійними двигунами.

- площа вибою свердловини,

(2.31)

де діаметр долота,м.

, (2.32)

де мінімально необхідна швидкість руху рідини в кільцевому просторі просторі, .

.

При використанні обважнених промивальних рідин з підвищеними реологічними властивостями значення приймають ближче до нижньої межі. При використанні технічної води та інших рідин з пониженими реологічними властивостями, особливо при розбурюванні глинистих порід, для запобігання утворення сальників швидкості збільшують.

При бурінні в твердих породах У м’яких породах При бурінні долотами великого діаметру

- площа кільцевого простору,

(2.33)

2. Вибирають діаметр циліндрових втулок бурового насоса.

З розрахованих за формулами (2.30) та (2.32) значень витрати вибирають найбільше, яке узгоджують з технічною характеристикою бурового насоса. Згідно з паспортною характеристикою підбирають діаметр циліндрових втулок бурового насоса і відповідне значення витрати (таблиця 2.3).

Таблиця 2.3 – Робочі характеристики бурових насосів

Буро-вий насос	Кіль-кість цилінд-рів	Частота подвій-них ходів, 1/хв	Діаметр циліндрових втулок, мм
БРН-1			—	15,0 20,0	17,8 16,9	20,8 14,0	24,0 12,5	27,2 11,0	31,0 9,8	—	—
У8-6МА2			—	18,9 25,0	22,7 22,3	26,7 19,0	31,0 16,3	35,5 14,0	40,4 12,5	45,4 11,1	50,9 10,0
У8-7МА			—	—	22,7 32,0	26,7 27,2	31,0 23,4	35,5 20,4	40,4 18,0	45,5 15,9	50,9 14,2
УНБ-1250			—	—	—	26,7 40,0	31,1 35,0	35,7 30,5	40,7 26,5	45,4 23,6	51,4 21,0
НБТ-600-1			21,1 25,0	24,9 21,6	28,8 18,7	33,1 16,2	37,5 14,3	42,6 12,6	47,7 11,3	—	—
УНБ-600А			—	19,7 25,0	23,3 22,5	27,5 19,0	31,5 16,5	36,0 14,5	42,0 12,5	45,7 11,5	51,9 10,0
УНБТ-950			—	—	27,8 32,0	31,9 27,5	36,4 24,0	41,0 21,0	46,0 19,0	—	—
УНБТ-1180			—	—	27,8 40,0	31,9 34,0	36,4 30,0	41,0 26,5	46,0 23,5	—	—

Примітка. У чисельнику наведена теоретична продуктивність бурового насоса Q (л/с), а в знаменнику — максимальний тиск (МПа).

При цьому витрата промивальної рідини буде дорівнювати:

(2.34)

де - кількість насосів;

- коефіцієнт наповнення;

- витрата насосу при даному діаметрі втулки, м³/с.

Коефіцієнт наповнення вибирають у залежності від умови всмоктування рідини. При наявності підпору на всмоктування Якщо всмоктування здійснюється з ємності в ґрунті, то при промиванні водою , глинистим розчином

3. Визначають густину промивальної рідини з умови створення протитиску, здатного запобігати припливу пластових флюїдів у свердловину.

(2.35)

де - коефіцієнт резерву (таблиця 2.4);

- пластовий тиск, Па;

- глибина залягання покрівлі пласта з максимальним градієнтом пластового тиску, м;

- диференціальний тиск, Па (таблиця 2.4).

Таблиця 2.4 – Значення коефіцієнта резерву і диференціального тиску

Глибина,м	0 – 1200	1200 – 2500	>2500
Коефіцієнт резерву,kр	1,1 – 1,15	1,05–1,1	1,04–1,07
Диференціальний тиск ,МПа	1,5	2,5	3,5

4. Вибирають гідравлічний вибійний двигун (якщо буріння ведеться турбобуром чи гвинтовим вибійним двигуном).

Гідравлічний вибійний двигун повинен задовольняти такі умови:

а) діаметр корпусу повинен бути менший за діаметр долота більше, ніж на 10 мм;

б) витрата промивальної рідини при номінальному режимі роботи близька до вибраної витрати бурового насоса;

в) крутний момент вибійного двигуна не менше, ніж на 20% більший за момент, необхідний для руйнування породи.

5. Розраховують втрати тиску в елементах циркуляційної системи.

(2.36)

де сумарні гідравлічні втрати тиску в елементах циркуляційної системи, ;

- втрати тиску в бурильних трубах, Па;

- втрати тиску в кільцевому просторі за бурильними трубами, Па;

- втрати тиску в бурильних замках, Па;

- втрати тиску в обважнених бурильних трубах, Па;

- втрати тиску в кільцевому просторі за обважненими бурильними трубами, Па;

- втрати тиску в наземній обв’язці (стояк, буровий шланг, ведуча труба, вертлюг), Па;

- втрати тиску в турбобурі (гвинтовому вибійному двигуні),Па;

- втрати тиску в долоті, Па;

-різниця статичних тисків в кільцевому просторі і трубах,Па.

Для розрахунку втрат тиску при русі промивальної рідини в трубах і кільцевому просторі визначають режим руху, в залежності від якого вибирають відповідні розрахункові формули. Для цього за формулою (2.14) визначають критичне число Рейнольдса, при якому відбувається перехід від ламінарного режиму руху до турбулентного.

При ламінарному режимі руху втрати тиску в бурильних (обважнених) трубах та кільцевому просторі за бурильними (обважненими) трубами визначають за формулами (2.10) та (2.15), а при турбулентному режимі руху – за формулами (2.11), (2.12), (2.16) і (2.21). Втрати тиску в бурильних замках визначають за формулами (2.22), (2.23), (2.24), (2.25), в обв’язці за формулою (2.29), турбобурі за формулами (2.27) та (2.28).

Резерв тиску, який можна реалізувати в долоті, визначають як різницю між тиском, що розвиває насос і сумою втрат тиску в елементах циркуляційної системи:

(2.37)

де коефіцієнт резерву, який враховує що робочий тиск нагнітання насосів згідно з правилами ведення бурових робіт повинен бути менший за паспортний на 20-25%;

тиск, який розвиває насос, ;

втрати тиску в бурильних трубах, кільцевому просторі за бурильними трубами, бурильних замках, обважнених бурильних трубах, кільцевому просторі за ОБТ, обв’язці, турбобурі та різниця гідростатичних тисків в кільцевому просторі і трубах, .

За значенням втрат тиску в долоті визначають можливість використання гідромоніторного ефекту при бурінні даного інтервалу свердловини.

Для цього визначають швидкість витікання рідини в промивальних отворах долота за формулою:

(2.38)

де коефіцієнт витрати.

Якщо одержане значення швидкості , то це означає, що даний інтервал можна бурити з використанням гідромоніторного ефекту.

Необхідно мати на увазі, що перепад тиску, який спрацьовує в насадках гідромоніторного долота, не повинен перевищувати, деякого граничного значення . Це значення обумовлено як можливістю запуску турбобура, так і міцністю конструктивних елементів долота. У розрахунках приймають

.

Тому за формулою (2.38) необхідно підібрати такі значення і , щоб виконувались умови:

При виконанні даних умов визначають площу насадок гідромоніторного долота:

(2.39)

де - сумарна площа насадок гідромоніторного долота, ;

- витрата промивальної рідини м³/с.

За величиною сумарної площі підбирають діаметри насадок гідромоніторного долота:

(2.40)

де - кількість насадок долота;

- діаметр насадки, .

Якщо для даного долота , то це означає, що буріння даного інтервалу з використанням гідромоніторного ефекту неможливе. У цьому випадку за формулою (2.26) визначають втрати тиску в долоті, взявши відповідний коефіцієнт витрати .

У випадку, якщо сума втрат тиску перевищує тиск, який розвиває насос при заданому діаметрі циліндрових втулок (з врахуванням коефіцієнта ), то необхідно визначити допустиму глибину буріння.

(2.41)

де допустима глибина буріння, ;

довжина проміжної колони, ;

довжина ОБТ і турбобура (гвинтового вибійного двигуна), ;

допустима довжина буріння відкритого (незакріпленого) інтервалу, .

(2.42)

де сума постійних втрат тиску для буріння даного інтервалу, Н/м²;

сума втрат тиску в бурильних трубах, кільцевому просторі та бурильних замках в інтервалі відкритого (незакріпленого) ствола свердловини, Н/м²;

довжина відкритого ствола, м.

(2.43)

де довжина свердловини, .

(2.44)

де , - втрати тиску у закріпленому (обсадженому) інтервалі (інтервалі проміжної колони), відповідно в бурильних трубах, кільцевому просторі, бурильних замках, Н/м².

(2.45)

де втрати тиску у відкритому (незакріпленому) інтервалі, відповідно в бурильних трубах, кільцевому просторі, бурильних замках, Н/м².

Для подальшого буріння необхідно:

a) при бурінні з використанням гідромоніторного долота зменшити витрату і зробити перерахунок за наведеними вище формулами;

б)відмовитися від застосування гідромоніторного долота і подальше буріння здійснювати долотами зі звичайною системою промивання.

Дата добавления: 2017-02-01